基于ANSYS的汽车悬架螺旋弹簧有限元分析
基于ANSYS的车架有限元分析报告
汽车经过130多年的发展，安全与节能已成为汽车设计的重要容。
在汽车结构中，车架作为整车的基体和主要承载部件，具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车、外各种载荷的作用，其结构性能直接关系到整车性能的好坏。
本文以某运油车车架为研究对象，运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立，利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束，并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，并分析位移与应力图，为汽车安全与节能设计提供了理论支持。
同时对车架也进行了模态分析，得出车架的固有频率与振型，提高整车设计水平，对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。
关键字：车架,有限元，ANSYS, 静态分析，模态分析The automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecting various loads from inside and outside the vehicle. The performance of frame structure affects whether the automobile property is good or not.In this paper, the frame of a fuel tanker is studied. We simplify and establish the model of frame by CATIA. The parameter of the frame is defined. The model of frame is meshed by ANSYS. Add the force and freedom of the model of frame by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve by ANSYS. According to the figure of displacement and stress, it provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving. At the same time, the modal analysis of the frame is also studied. Based on the frame of natural frequency and vibration mode, it provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and improve the level of vehicle design.Keywords: Frame, Finite element, ANSYS, Static analysis, Modal analysis目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 有限元法的应用与发展 (2)1.4 选题的目的与意义 (2)1.5 本文的主要研究容 (3)2 基于CATIA与ANSYS的车架有限元建模 (4)2.1 有限元法简介 (4)2.2 CATIA软件简介 (6)2.3 车架几何模型建立 (7)2.3.1车架几何模型简化 (7)2.3.2 车架几何模型建立 (7)2.4 车架有限元模型建立 (10)2.4.1 网格划分前处理 (10)2.4.2 车架有限元网格的划分 (10)3 车架有限元静态分析 (13)3.1 汽车车架刚度理论 (13)3.1.1 汽车车架弯曲刚度 (13)3.1.2 汽车车架扭转刚度 (13)3.2 车架载荷分类与处理 (13)3.2.1 静载荷 (13)3.2.2 动载荷 (14)3.3 车架工况的有限元分析 (14)3.3.1 满载弯曲工况 (14)3.3.2 满载扭转工况 (16)3.3.3 紧急制动工况 (18)3.3.4 紧急转弯工况 (19)4 车架有限元模态分析 (21)4.1 模态分析简介 (21)4.2 模态分析基本理论 (21)4.3 车架的模态分析 (22)4.4 车架模态分析结果评价 (27)结论 (29)致 (31)参考文献 (32)1 绪论1.1 概述最初汽车的发展，通常运用经验判断和试验仿真进行结构分析。
基于ANSYS的汽车车架结构有限元分析
基于ANSYS 的汽车车架结构有限元分析张进国1,程晓辉2,孙敬宜3(1.哈尔滨工业大学汽车工程学院,山东威海 264209; 2.哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001;3.烟台职业学院,山东烟台 264000)摘要:利用ANSYS 软件对车架进行有限元分析,以某8t 载货汽车为例,建立了车架结构的几何模型和以体单元s oli d92为基本单元的车架有限元分析计算模型,对该车架在载荷作用下的应力和变形进行了计算,可为车架的结构改进提供依据。
关键词:汽车车架;有限元分析;ANSYS中图分类号:U 463.32 文献标识码:B 文章编号:1006-0006(2006)05-0063-02F i n it e E l e m e n t Ana l y s i s f o r F ram e Ba sed on ANSYSZ HA NG J in 2guo 1,C HE NG X ia o 2hui 2,SU N J ing 2yi3(1.The School of Au t o m o b ile Engineer i ng ,H arb i n Instit u te of Technolo gy ,W e i hai 264209,Chi na ;2.The School ofM echan ical Eng i nee ri ng ,H arb i n Instit u te of Technolo gy ,H arb i n 150001,Ch i na ;3.Yan tai Vocati onal Coll ege ,Yanta i 264000,Ch i na)Abs tr a c :t The fi n ite ele m ent ana l ysi s i s appli ed to t he fra m e of a 8t truck based on ANS YS .The geo me tr i ca lmode land t he fi n ite e l em ent analysis m o de lw it h t he soli d92ele m ent are bu ilt .Based on t he mode l s ,the stress and defor ma ti on of t he fra m e are calcu lated .It m ay be appli ed for t he i m prove m ent of the fra m e .Ke ywo r ds:F ra m e ;F i n ite e l em ent analysis;ANS YS 汽车作为交通运输工具之一,发挥着非常重要的作用。
基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析
基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析多股螺旋弹簧是一种常见的弹性元件，广泛应用于机械、汽车、电器等领域中。
以ANSYS为工具，对多股螺旋弹簧进行有限元分析，可以对其设计及优化提供有效的参考与支持。
首先，构建多股螺旋弹簧的三维有限元模型。
根据弹簧的几何参数、材料力学参数和工作条件等信息，选用ANSYS的建模工具进行三维建模，并设定合适的边界条件和荷载条件。
在建立有限元模型时，要注意弹簧的真实形态和装载方式，并合理划分网格，以保证有限元模型的准确性和稳定性。
然后，进行多股螺旋弹簧的静态力学分析。
根据弹簧的工作条件和载荷情况，分别对弹簧的应力、位移、变形等静态特性进行分析和计算。
在分析时，可以通过改变弹簧的材料和结构参数，对其静态特性进行改善和优化。
比如，可以选用高强度材料或改变弹簧的钢丝直径、扭簧半径等参数，以提高弹簧的抗压性能和疲劳寿命等特性。
最后，进行多股螺旋弹簧的动态力学分析。
根据弹簧的工作状态和作用频率，分别对其自由振动频率、谐振响应、阻尼特性等动态特性进行分析和计算。
在分析中，需要考虑弹簧的非线性特性和各种干扰因素，以保证分析结果的准确性和可靠性。
综上所述，基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析，可以全面有效地评估和优化弹簧的静态和动态力学特性，提高其设计和制造质量，为实际工程应用提供有力的支持。
多股螺旋弹簧的有限元分析需要考虑的数据包括弹簧的几何参数、材料力学参数、荷载条件和边界条件等。
几何参数包括螺线圈数、螺旋角、弹簧直径、钢丝直径、螺旋圈高、扭簧半径等。
这些参数直接影响弹簧的力学特性和寿命，对其性能评估和优化具有重要影响。
比如，增加螺线圈数会使弹簧更柔软，但增大直径会使其更硬；增加钢丝直径会增加强度，但也会增加质量和成本。
材料力学参数包括弹簧的材料密度、弹簧系数和屈服强度等。
这些参数反映了弹簧材料的特性，直接影响弹簧的抗拉、抗压能力和疲劳寿命等。
比如，增加屈服强度会使弹簧更耐用，但也会增加制造成本。
汽车后桥悬架中凸形螺旋弹簧有限元分析
Ａ ｉ ｔ ｅ ｅｍ ｅｎｔ ａ ｆｎｉ ｅ ｌ ｎａｌ ｓｉ ｈｅ ｂａ ｒ － ｈａｐｅｄ ｙ ｓ ｏｆ ｔ ｒ ｅｌｓ ｈｅｌｃａｌ ｐｒ ｎｇ ｎ ｅ ｒ ｉ ｓ ｉ ｏ ｔ ｅａｒ ｓ ｐｅ ｈ ｕｓ ｎｓｉ ｏｎ ｏｆ ｔ ｅ ａｕｔ ｍ ｏｂｉｅ ｈ ｏ ｌ
因 此 ，对 于 中 低 档 轿 车 而 言 ，采 用 这 种 形 式 弹 性 元 件 的 悬 架 必 将 成 为 将 来 轿 车 悬 架 设 计 的 发
展趋势 。
由于 测 量 所 得 的 点 多 而 密 ，并 且 杂乱 无 章 。 如 果 直 接 用 于 弹 簧 的 曲面 建 模 ，会 造 成 点云 数 据
摘
要 ：中凸形螺旋弹簧属于非线性弹簧 ， 采用非线性弹簧作为汽车弹性元件能够改善汽车的行驶性 能。本文以帕 萨特 Ｂ 轿 车的后悬架中凸形螺 旋弹簧为研究 对象 ，通过逆 向工程技术来建立弹 ５ 簧 的实体模型 ，建 立的模型准 确可靠 。在 此模型基础 上用有限元分 析计算 了中凸形螺旋弹簧 的刚度值 ，得到 了各结构参 数对刚度的影 响规律 ，明确 了其刚度特 性。与试验结 果进行的对 比表明 ，对中凸形螺旋弹簧的有限元分析精度较 高 ，对其参数设计具有参考价值。
关键词 ： 中凸形螺旋弹簧 ；逆向工程 ； 限元 ；刚度 有
中图分类号 ：Ｔ Ｉ ８ Ｈ ６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０—０ ３ （ ０ ０ １ （ 一０ ０—０ ９ １ ４ ２ １ ） 下） １ ２ ４ ０ ０
Ｄｏ ： ． ９ ９ Ｊ ｉｓ １ ０ －０ ４ ２ １ １ （ ） ３ ｉ １ ３ ６ ／ ． ｎ． ０ ９ １ ． ０ 下 ． ３ ０ ｓ ３ ０． ０
１１ 点 云采集 ．
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析
有限元分析是一种数值模拟方法，可以将连续体结构离散化为大量的
小单元，并通过求解线性方程组来确定每个单元的位移和应力。
这种方法
可以用于模拟复杂的工程结构和系统，例如汽车悬架系统。
在进行汽车悬架有限元分析时，首先需要对悬架系统进行几何建模。
根据实际情况，可以使用CAD软件绘制悬架系统的几何模型，并将其导入
到ANSYS中。
接下来，需要定义悬架系统的材料属性。
根据实际材料的力学特性和
性能指标，可以为不同的零件指定适当的材料属性。
然后，需要对悬架系统施加边界条件和载荷。
边界条件可以用来限制
模型的自由度，例如固定一些节点或面。
载荷可以是静态载荷（例如汽车
自重），也可以是动态载荷（例如行驶过程中的路面不平），这些载荷将
模拟汽车悬架系统在不同工况下的受力情况。
最后，通过求解有限元模型的线性方程组，可以获得悬架系统在不同
工况下的位移、应力分布等结果。
通过对这些结果的分析，可以评估悬架
系统的刚度、强度和振动特性，并进行必要的优化和改进。
汽车悬架有限元分析可以帮助工程师更好地理解悬架系统的工作原理
和性能特点。
通过这种方法，可以提前评估悬架系统在设计和制造阶段的
性能，并进行必要的改进，从而提高汽车的悬挂舒适性、稳定性和安全性。
总而言之，基于ANSYS的汽车悬架有限元分析是一种有效的工程方法，可以帮助工程师评估和改进汽车悬架系统的性能。
通过这种分析方法，可
以为汽车制造商和设计师提供有关悬架系统的有价值的设计数据，以改进
汽车的悬挂系统。
基于ANSYS的汽车弹簧有限元分析
基于ANSYS的汽车弹簧有限元分析有限元模型建立首先通过外部三维软件建立汽车模型的三维几何模型模型，如下图所示。
通过ansys的几何结构将几何模型导入至ansys中，用于后续的有限元分析如下图所示，几何模型中保留了弹簧的完整结构，同时保留了与弹簧两端配合的部分减震器的假体部分，方便结构的约束和加载。
因为在实际分析过程中，随着压力的增大，弹簧会被压缩，会发生自接触的现象，所以为了更好的表征弹簧的自接触，对弹簧进行了实体建模，同时保留了如弹簧配合安装的减震器部分假体，弹簧表面都是曲面，为了更好的体现结构特征，弹簧采用了四面体网格划分，减震器假体部分采用了六面体网格划分，单元类型选用solid185最终网格数量为32134，节点数量为11500。
有限元模型如下图所示载荷约束模拟真实情况，在下端的减震器假体的下表面施加固定约束，上端的减震器假体的上表面施加载荷，模拟弹簧被压缩的过程。
同时为了防止弹簧受力不均匀被压歪，所以在上端的减震器假体的上表面施加了一定的位移约束，放开表明的轴向位移，约束水平面内的位移，如下所示结果分析弹簧在不同时刻的位移云图，明显可以看出弹簧被不停的压缩。
弹簧每圈之间的间隙逐渐变小，其中第一圈和第二圈最早发生接触。
剪应力计算结果，如下为XY方向剪应力云图，随着弹簧被压缩，剪应力也变大，但是最大发生区域基本没变，都是在弹簧内侧，而且明显要比外侧的应力要大。
这些区域都是应力敏感区域。
结论：通过有限元分析可知，弹簧在压缩过程中，第一圈和第二圈最早接触，弹簧每圈之间的间隙逐渐减小，弹簧的刚度也逐渐变大。
同时弹簧内侧的剪应力明显要大于弹簧外侧，在压缩过程中，剪应力的大小发生了变化，但是最大发生位置并没有太大改变。
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析翟培培(西安石油大学机械工程学院,陕西西安710065)摘 要:采用某麦弗逊悬架参数,建立悬架系统的三维模型㊂利用ANSYS Workbench有限元分析软件对悬架进行了三种工况下的静力学分析,得出悬架的强度和刚度特性,并对悬架有限元模型进行了模态分析,将计算得到的悬架固有频率与汽车受到的其他激励频率进行对比,评价该悬架是否具有避开与车辆其他系统产生共振区域的性能,为今后的悬架设计提供了一定的理论基础㊂关键词:汽车悬架 有限元分析 模态分析中图分类号:TH164 文献标识码:A 文章编号:1002-6886(2019)02-0061-04Finite element analysis of a vehicle suspension based on ANSYSZHAI PeipeiAbstract:The model of suspension system was established based on the parameters of McPherson.The static analysis of sus⁃pension under three working conditions was carried out using ANSYS Workbench,and the strength and stiffness characteris⁃tics of suspension were obtained.The modal analysis of the suspension model was carried out,and the calculated natural fre⁃quencies of the suspension were compared with excited frequencies of the vehicle to judge whether the suspension will pro⁃duce resonance.It provided a theoretical basis for future suspension design.Keywords:vehicle suspension,finite element analysis,modal analysis0 引言随着人们生活水平的提升,人们在追求汽车所带来的便利之外,还希望获得最大的乘坐舒适感㊂汽车悬架系统作为汽车底盘中的重要组成部分之一,不仅起到了支撑车身的功用,且其性能直接决定了乘坐者的乘坐舒适度和汽车行驶的平稳度,当车辆遇到不平路面时,汽车悬架可以将车轮上所受到的力和力矩转移到车身上,进而达到减弱道路对车辆的冲击,缓解承载结构震动的效果,所以,在车辆运行过程中,汽车悬架自身的性能直接决定了汽车能否正常行驶[1-2]㊂鉴于此,本文主要以某麦弗逊车前悬架系统为原型,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对汽车悬架系统进行分析,为今后的悬架设计提供了一定的理论基础[3]㊂1 悬架有限元模型建立1.1 悬架实体模型建立及模型简化本文在建立悬架实体模型时,考虑到选件零件比较复杂,装配比较困难的特征,利用Workbench自带的CAD接口,将模型导入其中㊂在Solidworks建立了悬架系统的弹簧㊁减振器㊁转向节㊁三角臂㊁球销等零件并根据悬架真实的工作环境进行了装配,得到实体模型如图1所示㊂根据模型的简化原则,对悬架作出了如下简化处理:对焊接和螺栓连接部分采用了绑定连接方式,球销与三角臂连接的方式选择Workbench连接关系中的球面副(spherical)㊂由于本次分析主要关心悬架关键零件的强度问题,因此弹簧和减振器不作为分析的主要对象㊂根据某麦弗逊悬架参数,建立了所关心强度变化的模型如图2所示㊂1.2 模型网格划分及材料定义网格划分是有限元求解过程中非常重要的一部分,良好而优质的网格不仅可以提高分析结果的精㊃16㊃图1 悬架三维模型图 图2 悬架简化模型度,同时可以提高分析的速度,减小分析过程出错率[4]㊂经过综合考虑所要分析的悬架结构,规则形状零件采用六面体实体单元,不规则平面采用正四 图3 悬架网格划分面体实体单元,对着重考虑的区域进行了细化网格的处理,并对连接处的网格进行了修复,计算了网格的数量㊂网格划分后的模型如图3所示㊂装配体模型导入后,需要定义装配体的各个零件的材料,悬架各个零件所使用的材料性能直接影响悬架整体结构的强度和其他性能㊂表1 悬架材料属性表零件材料密度/(kg /mm 3)弹性模量/Pa泊松比转向节45CrMo 7.85E-6 1.78E110.27球销42CrMo7.85E-6 2.1E110.28三角臂SAPH4407.85E-62.07E110.32 不同工况下悬架结构强度分析1)车辆在运动时,受到的来自于不平路面的冲击;2)车辆在刹车过程中,受到的地面的冲击力和车辆本身的惯性力;3)车辆在转弯过程中,受到的来自车身内部与路面的力㊂分别求出上述工况发生时悬架的受力情况,并利用该力作为施加载荷,对悬架进行有限元分析,得出悬架在不同工况下的强度㊂2.1 不平路面工况当车辆行驶在不平路面上时,车轮受到来自地面的垂直载荷而向上跳动,此时的动载系数最大,悬架主要受到垂直于地面向上的力的作用[6]㊂带入车辆相关参数数据,经过计算可以得到车辆在经过不平路面时所受到的最大垂直载荷为11930N㊂利用ADAMS /Car 模块中的准静力学仿真功能,对悬架各点进行力学分析,得到转向节主轴承座处力大小为11869N㊂根据上述分析所得的结果,对悬架系统进行有限元分析,对悬架系统的转向节轴颈施加载荷,图4为悬架系统约束和加载情况㊂图4 不平路面工况下 图5 不平路面工况下 约束和加载 应力云图悬架在粗糙路面的应力分布云图如图5所示,应力最大值为139.39MPa,该值出现在转向节与减振器连接处以及下球销的轴颈处,其主要原因是由于汽车在通过不平路面时,受到来自于垂直路面方向的力,这使得下球销处受到了较大的垂直载荷作用,在此载荷作用下,三角臂绕球销转动,因此三角臂应力较小㊂图6 不平路面工况下 图7 制动工况下约束 位移云图 和加载图6是悬架系统在不平路面情况下的变形图,从图中可以看出,最大变形出现在转向节主轴承座处以及球销与三角臂连接处,这是因为三角臂两轴套处以圆柱副固定,汽车通过不平路面受到了垂直于地面的载荷的作用,三角臂绕穿过两轴套处的中心轴转动,因此使得上述两处出现较大的变形量㊂2.2 制动工况除了汽车在行驶过程中遇到的不平路面的工㊃26㊃况,制动工况也是不可避免的㊂这种工况较上一种工况略微复杂,因为车轮轮毅安装在轴承上,所以汽车在制动工况下转向节的中心受力处不会受到扭矩作用,汽车在刹车过程中只受到来自地面的垂直载荷Z ′max ,经过计算可得车轮的垂直载荷Z ′max 为6681N,制动载荷X ′max 为5345N㊂将所得数据输入到ADAMS /Car 模块中进行准静力学仿真,得到的转向节主轴承座处受力为Z ′max 为6620N,X ′max 为5965N㊂在制动工况下对悬架系统进行有限元分析时如图7所示㊂悬架在制动工况下的应力分布云图如图8所示,该工况下最大应力值291.05MPa,应力主要集中在转向节与减振器连接处的下螺栓孔处和球销轴颈处,及球销处㊂悬架在制动工况下的变形图如图9所示,最大变形发生在转向节与制动盘连接螺栓孔的下方以及转向节与球销连接处,与实际情况相符㊂图8 制动工况下应力 图9 制动工况下位移云图 分布云图2.3 转向工况转向工况相对复杂,既要保持车身转弯时的平衡性能及各零件的正常运行,又要达到合理的转弯目的㊂因此使得汽车不仅受到来自于地面的力,还受到转弯过程引起的各种力,当汽车转弯时,受到指向转弯中心的向心力,该向心力是由静摩擦力充当的㊂经计算得,垂直载荷为4772N,最大横向载荷为3818N㊂将该数据代入到ADAMS /Car 模块中进行准静力学仿真,可以求出关键点在仿真过程中的受力情况,求得转向节轴承座处载荷Z ″max 为4712N,Y ″max 为3787N㊂根据悬架实际工作情况,在对其进行转向工况下有限元分析时,其应力云图如图10所示㊂由图10看出在转向工况下,最大应力值为251.1MPa,出现最大应力的位置为转向节主轴承座止口处以及转向节与减振器连接臂下端,这是由于在转向工况下,悬架主要承受来自于横向的力,该横向力在悬架纵向平面内形成力矩㊂图10 转向工况下应力 图11 转向工况下位移云图 分布云图转向工况下的变形图如图11所示,最大变形发生在转向节与横拉杆连接处以及转向节与球销连接处,因为在该种工况下,转向节节臂由于横向力的作用而受到较大力矩㊂3 悬架模态分析3.1 模态分析的目的汽车在运动过程中,悬架承受着来自于地面的冲击载荷以及车身内部其他零件相互作用的载荷,大多数的载荷是动载荷,使悬架受到了冲击作用和振动作用㊂模态分析是动力学分析的基础,模态分析不仅可以确定悬架结构的固有频率,防止共振的产生,而且还能确定悬架在各类动载作用下的振动特性和振动规律[7-8]㊂3.2 模态分析及结论在模态分析中,结构的动力影响主要来自低阶振型,因此,结构的动态特性主要通过低阶振型判定,本文选取低阶模态进行计算求解㊂选取悬架整体㊁转向节㊁三角臂分别进行前6阶的模态计算㊂在模态分析中,固定方式为约束转向节和减振器接触处的6个自由度,在三角臂与副车架相连的两个位置选择圆柱副固定,即释放切向旋转自由度,固定其他所有自由度㊂网格划分如同前1.2节所述,规则形状零件采用六面体实体单元,不规则平面采用正四面体实体单元,关键部位合理细化㊂经过分析求解悬架前6节固有频率如表2㊂为了更加直观的观察到模态的变化规律,方便与模态振型云图对比,绘制了前6阶固有频率可以绘制模态分布图,以横坐标为阶数,纵坐标为频率,如图12㊂㊃36㊃表2 悬架前6阶模态表阶 数频率/Hz 1271.992443.643515.234630.325700.336742.33图12 模态分布图不同阶数的模态都对应着不同的振型,通过观察振型可以找到悬架整体最大位移处,即最容易破坏的位置㊂列出1~6阶振型云图如图13-18所示㊂图13 悬架1阶模态振型云图 图14 悬架2阶模态振型云图图15 悬架3阶模态振型云图 图16 悬架4阶模态振型云图图17 悬架5阶模态振型云图 图18 悬架6阶模态振型云图通过模态振型云图可以看出各阶频率下悬架容易发生的共振的位置,高频阶段振动主要发生在三角臂处,低频阶段振动主要发生在转向节节臂,悬架的固有频率在271.99Hz 至742.33Hz 变化,将该频率与车辆在行驶过程中受到的来自于路面㊁发动机及其他因素引起的激励的频率进行对比,其中,高速公路和较好路面激励在5Hz 以下,发动机激振在100Hz 以下,其他条件的激励也维持在100Hz 以下[9],因此该悬架可以避免汽车在行驶中与汽车产生共振,设计较为合理㊂4 结论本文对悬架系统在不平路面工况㊁制动工况以及转向工况下,分别分析了静力学特性,得出了悬架在三种工况下的应力和位移云图,结合实际分析了悬架的强度和刚度特性㊂同时还对悬架系统进行了模态分析,得出了前6阶的固有频率,通过与汽车受到的其他激励频率相比,确定了该悬架系统不会与汽车发生共振现象㊂参考文献[1] 梁新成,黄志刚,朱亭.汽车悬架的发展现状和展望[J ].北京工商大学学报,2006,24(2):30-33.[2] 黄李丽.某型汽车悬架系统性能分析与研究[D ].南宁:广西大学,2008.[3] BROOK C ,THORNLEY F R.Plant and equipment usedin opencast mining and associated activities [J ].Colli⁃eryGuardian ,2013,89(11):710-721.[4] 许京荆.ANSYS Workbench13.0数值模拟技术[M ].北京:中国水利水电出版社,2012.[5] 张卫华,翟婉明.第十七届国际车辆系统动力学会议简介[J ].国外铁道车辆,2002,39(1):6-9.[6] 张红旗,曹文刚,徐涛,等.基于ANSYS 的客车转向节的有限元分析[J ].CAD /CAM 与制造业信息化,2002(9):25-27.[7] 袁旦.汽车转向节有限元分析与优化设计[D ].杭州:浙江工业大学,2010.[8] ALBERT P C ,CHAN N M ,DANIEL W M ,et al.Over⁃view of the application of fuzzy techniques in construction management research [J ].Journal of Construction Engi⁃neeringand Management ,2013,66(12):1241-1252.[9] 郭洪艳,陈虹,赵海艳,等.汽车行驶状态参数估计研究进展与展望[J ].控制理论与应用,2013,30(6):661-672.作者简介:翟培培(1989-),女,陕西兴平人,硕士研究生,研究方向:机械工程㊂收稿日期:2018-11-26㊃46㊃。
基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析
５１ ・
基于 Ａ Ｓ Ｓ的 多股螺旋弹簧有 限元分析 ＮＹ
张晓 峰 雷松 ，
（． １重庆广播 电视 大学 ， 重庆 ４０５ ；． ００２ ２ 重庆大学 机械 工程 学院， 重庆 ４ ０４ ） ０ ０４
摘要： 简单分析 多 螺旋弹簧的基本特性 。以三股钢丝 的多股 螺旋 弹簧为例 ， 过有限 单元 与接 触单 元的选取 和 网格 的 股 通 划分， 立 多 螺旋弹簧有 限元模 型。然后对其进行静 态受力分析 和动 态分析计 算 ， 析冲 击载荷质 量和速度 对 多股螺 建 股 分 旋 弹簧性能 的影响 。结果表明 多股螺旋弹簧在动态 系统 中具有 内 振动 波 ， 可能在 中间产 生并圈现 象 ， 多股 螺旋弹 部 并 为
ＺＨＡＮＧ ａ ｆ ｎ ＬＥＩＳｏ Ｘｉｏ ｅ ｇ， ｎｇ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｔｉ ｉ ｌ ｎ ｌｚ ｄ ｆ ｒｔｅ ｂ ｓｃ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔｃ ｆｓｒ ｎ ｅ ｒ ｅｉ ａ Ｉ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｓｓｍｐ ｙ ａ ａｙ ｅ ｏ ｈ ａ ｉ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｉｓ ｏ ａ ｄ ｄ ｗ ｅ ｈ ｌ ｌ ｓ ．Ａｓ ａ ｘ ｍｐ ｅ ｏ ｈ ｅ ｔａ ｄ ｄ ｗｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｎ ｅ ａ ｌ ｆｔ ｒ ｅ ｓ ｎ ｅ ｒ ｒ ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ａ ｄ ｄ ｗ ｒ ｅｉ ａ ｐ ｎ ｓ ｆ ｉｅ ｅｅ ｎ ； ｔｔ ； ｙ ａ ｃ ｙ ｗｏ ｄ ：ｔ ｎ ｅ ｉ ｈ ｌ ｌ ｓ ｒ ｇ ； ｎ ｔ ｌｍｅ ｔｓａ ｉ ｄ ｎ ｍｉ ｒ ｅ ｃ ｉ ｉ ｃ
０ 前言
多股螺旋弹簧是 由几股钢丝拧成钢索 （ 通常 由 ２— ７ 股 ０４ｉｎ～ ３ 的碳素弹簧钢丝缠绕而成） ． ｎ ３ｎ ３ ｌ ｎ 缠绕而成的
簧、 口径 自动武器 （ 大 自动火炮等 ） 的复进弹簧等领域都 具有重要的应用价值 ， 成为其 中的关键零件。 目前 ， 关于多股螺旋 弹簧三维 实体模 型的建模方法 有 了一定深度的研究 同时对多股螺旋弹簧加工 的数 “， 控机床也有一定的研究 。但是对多股螺旋 弹簧进行精
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体 传动控制 ，２ ０ ，５（ ０６ ３）：４ —６ ４４ 【１１ ． １ －． 体的 ＣＡＤ及 其有限元分析 ［ ．山 东 ： ２￣１ Ｑ４ Ｆ １６ 影 Ｄ】
于球面法向移动 ， 而后平面两端弯曲与球面接
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔｈ ｔｅ ｓｄ ｓｒｂ ｔｏ ｆａｖ ｈｃ ｅｓ ｓ ｅ ｉｎｈ ｌｃ ｌ ｐ ｉｇ ｉ ｎ ｌ ｚ ｄｂ ｓ ｄｏ ｔａｔ ｅｓｒ ｓ ｉｔｉｕ ｉ ｎｏ ｅ ｉｌ ｕ ｐ ｎｓｏ ｅ ｉａ ｒｎ ａ ａｙ ｅ ａ ｅ ｎＡＮ Ｓ Ｆ ｓ ｆｗ ａｅ ｓ ｓ Ｙ Ｅ ｏ ｔ ｒ ｉ ｈ ｓｐ ｐｅ， ｎ ｈｅｒ ｓ ｔｓ ｏ ｓｔ ａ ｈ ａ ｔｅ ｓｉ ｈ ｎｓｄ ｅ ｉｌ ｕ ｐ ｎ ｉ ｎ ｈ ｌｃ ｌ ｐ ｉｇ ｉ ａｇ ｒ ｎｔ ｉ ａ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｕｌ ｈ ｗ ｈ ｔｓ ｅ ｒｓｒ ｓ ｎ ｔ ｅ ｉ ｉ ｅｏｆａｖ ｈｃ ｅｓ ｓ ｅ ｓｏ ｅｉａ ｒｎ ｓｌｒ ｅ ｓ ｔ ｎｔ ｅｏ ｔｉｅ ｔ ｅｌｃ ｔｏ ｆｔｅｍ ａ ｉ ｕ ｈ ａ ｔｅ ｓｗｉｌ ｈ ｎ ｅｗ ｉ ｅｌ ａ ｈ ｎ ｅ ； ｅｍ ａ ｉ ｍ ｈ ａ ｈａ ｕ ｓｄ ； ｈ ａｉ ｎｏ ｈ ｘ ｍ ｍ ｓ ｅ ｒｓｒ ｓ ｌ ｃ ａ ｇ ｔ ｔ ｏ ｄｃ ａ ｇ ｓｔ ｘ ｍｕ ｓ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｈ ｈ ｓｒ ｓ ｃ ｕ ｒ ｔｔ ｅ ｍ ｕｌ ｐ ｅ ｆ ０５ ｃ ｃｅ ｆａ ｖ ｈ ｃｅ ｓ ｐｅ ｓｏ ｅｉａ ｐ ｉｇ．Ｔｈ ｅｈ ｄ ｐｒ ｖ ｄ ｓ ａ ｔｅ ｓ ｏ ｃ ｒｓ ａ ｈ ｔ ｌｓ ｏ ． ｙ ｌ ｓ ｏ ｅ ｉｌ ｕｓ ｎ ｉｎ ｈ ｌｃ ｌｓ ｒｎ ｉ ｅ ｍ ｔｏ ｏ ｉｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ｔ ｉ ｔ ｉ ｖ ｎ ｅｉｂｌ ｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｒ ｆｒ ｎ ｅｍ ａｅ ｉｌ ｏ ｈ ｐ ｉ ａ ｅ ｉ ｎｏｆｃ ｌ ｒｃ ｌ ｅｉａ ｏ ｖ ｎｉｎ ， ｎ ｕｔ ｅ ａ ｄ ｒ ｌ ｉ ａ ｅｍ ｔ ｏ ｎ ｅ ｅ ｅ ｃ ｔｒａｓｆ ｒｔ ｅｏ ｔｍ ｌｄ ｓｇ ｙ ｉ ｉａｌ ｈ ｌｃ ｌ ｎｄ ｙ ｓ ｒｎ ． ｐ ｉ ｇ Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｖ ｈ ｃｅＳｕ ｐｅ ｓｏ ｙｗ ｒ ： ｅ ｉ ｌ ｓ ｎ ｉ ｎ： ｈ ｌ ａ ｐ ｉｇ： ＡＮ Ｓ Ｓ： ｓｒ ｓ ｅｉ ｌ ｒｎ ｃ ｓ Ｙ ｔｅ ｓ
（ 变形云图 ４（ １０ Ｎ） ｄ） １４ ０
图 ３螺旋 弹簧变形云图
式中 ： ＝
＋
；ｃ＿Ｄ／ 为曲 ；
６２ 剪切 应 力 结 果 ．
度指数 ； Ｄ为圆柱螺旋弹簧 中径 ； Ｃ为缠绕 比； ｄ 为簧丝直径 ；Ｐ为负荷值 。
计 算 得 ： ｒ ＝１１ ． ａ。 ｍ ０ ２１ ＭＰ ３
Ｓ ｒ ｓ ｎ ｌ ｓｓｏ ｙ ｉ ｄ ｉ ａ ｌ ｅ ｉ ａ ｐ ｉ ｇ ｂａ ｅ ｉ ＡＮＳ ｔ ｅ ｓａ ａ ｙ ｉ ｆａ ｃ ｌ ｒ ｃ ｌ ｈ ｌ ｌ ｒ ｎ ｓ ｄ Ｏ ｌ ｎ ｙ ｃ ｓ ＹＳ ＹＡＮＧ Ｆ ｎ ｅ ｇ （ ｅ ｇ ｕＣｏ ｌ ｇ ， ｉ ｅ ｓｔ ｆ ｅ ｔ ｏ ｉ ｃ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙｏ Ｃｈ ｎ ，Ｃｈ ｎ ｄ １ ７ １ Ｃｈ ｎ ） Ｃｈ ｎ ｄ ｌ ｅ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｅ ｙｏ Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃＳ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆ ｉ ａ ｅ ｇ ｕ６ １ ３ ， ｉ ａ
进行相应的分析过程 。
的接触 采用 了三维梁接触 单元 Ｃ ＮＴ Ｔ ７ ， Ｏ ＡＣ １６
而 和它对应 的 目标 单元采用了 Ｔ ｒｅ ７ ａ ｔ ｌ单 ｇｌ
１汽 车悬架螺旋弹簧三维模型 的建立
在汽车悬架系统 中， 螺旋弹簧的上端安装 在车身 的弹簧座内 ， 下端安装在固定于后桥壳 体 的弹簧座 内， 只承受轴向的作用 ， 以减缓因
３汽车悬架螺旋弹簧有限元模型的建立
汽车悬 架螺旋弹簧离散化 ，即有限元分
考虑到汽车悬架弹簧的实际情况 ， 了恰 为 当的分析螺旋弹簧 的所承受 法向载荷产生应 力的力的情况 ， 在螺旋弹簧的两端添加合适的 弹簧座 ，保证螺旋弹簧的法 向施加载荷受力。
图ｌ 为在 三 维绘 图软 件 ＰｏＥ中绘 制 的某 ｒ／
触 以及螺旋弹簧的 自接触 。 螺旋弹簧和弹簧座
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设计 与研 究
・ ５・ ２
５汽 车悬架螺旋 弹簧 Ｃ ＡＥ分析过程
汽车悬架螺旋弹簧的 Ｃ Ｅ分析过程可以 Ａ 采用 交 互式 的方 式进 行 分 析 ，也 可 以 采 用 ＡＤ Ｐ Ｌ语言进行分析 ， 本文采用了交互式的方 式 ，来实现螺旋弹簧 的有限元分析。
到 ３ ０ ９ ４Ｎ，最大剪切应力出现在螺旋弹簧上 端 １ ． ５圈附近 内侧 ，负荷继续增加到 ７ ９ ８９Ｎ 之后 ， 螺旋弹簧的最大剪切应力出现的位置转
移至螺旋弹簧底端起始 １ 圈附近 内侧 ， ． ５ 在螺
旋弹簧 的负荷继续增加 到螺旋弹簧 的极限载 荷 １４ ０时 ，螺旋弹簧的最大剪切应力 ９ ８ ０ １ ５ ＭＰ 的位置继续转移至底端起始 ２ 圈位置附 ａ ． ５
近 。这 些最 大应 力位置 都 可能是 螺旋 弹簧 的敏
６ 分 析 结 果
感位置 ， 螺旋弹簧失效时的疲劳源发生的地方。
６１轴 向形 变结 果 ．
力逐渐增加 ， 螺旋弹簧的两端圈分别和底座接 圈和第二 圈之间也发生了接触 ， 这就直接导致 了螺旋弹簧刚度的增加。
触， 当应力增 加到一定程度时 ， 螺旋弹簧第一
割。 将汽车悬架螺旋弹簧设计数据模型划分为
有限个单元。 将绘制 的汽车悬架螺旋弹簧加弹簧座的三
维 模 型 保 存 为 Ｐｒ ｏｉ（ Ｔ 格 式 ，导 入 ａａ Ｓ ｌ Ｘ ） ｄ
＿
型号汽车悬架螺旋弹簧加弹簧座的三维模型。
Ａ Ｓ 中， Ｎ ＹＳ 将其进行离散化 ， 建立其有限元模
型 如图 用 ， 其质量好
坏 ， 车辆 平 稳性 、 全性 起 着 至 关重 要 的作 对 安
用 。目 ， 前 广泛应用的汽车悬架螺旋弹簧应力 和变形 的计算公式是根 据材 料力学推导 出来
的 ，若无 一 定 的实 际经 验 ， 难 设计 和 制造 出 很
高精度的汽车悬架螺旋弹簧 。 随着设计应 力的
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设计 与研 究
・ ３・ ２
基 于 Ａ ＹＳ的汽 车悬 架 螺 旋 弹 簧 ＮＳ 有 限元分 析
杨 峰
（ 电子科技大 学 成都 学院 ，四川 成 都 ６ １３ ） １７ １
摘要：为 了准确 的测定 汽车悬架 螺旋 弹簧 的应 力分布 情况 ，采 用有 限元 分析软 件 Ａ Ｙ ，对某型号 ＮＳ Ｓ 汽车悬架 螺旋 弹簧进行 了 Ｃ Ｅ 分析 。分 析 结果显示 ，汽车悬架 螺旋 弹簧 内侧 剪切应 力均大 于外侧 剪 Ａ
切应 力 ；随着 汽车悬架 螺旋 弹簧所 承受载荷 的变化 ，剪切应 力最大值 出现 的位 置会 发 生变化 ；而且在
不 同载 荷作 用下 ，剪切应 力最大 值均 出现 在汽车 悬架 螺旋 弹簧底 端开始 向上 ０５圈倍数 附近 。这种分 ． 析方法 直观快 速的反 映 出了剪切 应力 的分布 情况 ，最大 剪切应 力值及 其 出现 的位置 ，为后 续优化设 计 汽车 悬架螺旋 弹簧提 供 了方便 、直观、可 靠的参 考数 据。 关 键词：汽车 悬架 ；螺旋 弹簧 ；Ａ ＹＳ ＮＳ ；应 力 中图分类号 ：０ ４ ．１ ２ ２２ 文献标识码 ：Ａ 文 章编号 ：１０ —０ ｌ ２ １） ７ ０ ３ ４ ０ ６ ３ ６（０ １ ０ —０ ２ —０
・
３ ０・
设计 与研 究
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为平面与球面接触 ， 刚施加压力时 ， 平面垂直
分析 ， 在压缩过程中出现的跳跃拐点是 由于矩 形密封 圈受压弯 曲失稳造成的。 有限元的理论 分析与实践相符 ， 以后的工程应用 中可 以加 在 大聚四氟 乙烯矩形密封 圈的应用。 参考文献：
图 １弹簧加压板模型
２ 汽车悬架螺旋弹簧有 限元分析单元
类 型 的确 定
考虑到所用电脑的分析计算能力 ， 本设计 选择了梁单元 ｂａ ８ 来划分弹簧网格¨ 梁 ｅｍ１８ Ｊ 单元的优点是节点和单元数少 ，计算规模小 ， 实体单元设置接触单元方便 。 由于螺旋弹簧 两端 的支撑 圈的部分节距 在分析过程 中， 为准确模拟螺旋弹簧在汽 车悬架系统 中的实际工况 ， 要对螺旋弹簧的有 限元模型进行边界条件设定 。 在下端弹簧座 的底端加上固定约束 ， 同时 要保证螺旋弹簧上下端相对于弹簧座 的径 向 位移为 ０ ，完成上述边界约束后 ， 螺旋弹簧模 型的空间位置就被 固定下来了。 要模拟螺旋弹 簧在汽车悬架 中承受法向载荷的作用 ， 就在上 弹簧座上面上施加法向力。
图 ４为螺旋弹簧 方向剪应 力云图。 由剪切应力云图结果可以得 出以下结论 ：
（） １ 弹簧 内侧的剪应力明显 比弹簧外侧
的剪应力要大 （ 颜色从左面到右面变化 ， 应力
逐 渐 变 大 ）。
８ 结 论
在本论文 中，通过采用有限元分析软件
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（） ２ 螺旋弹簧轴向施加负荷 ，由 ０增加
路面 不 平 顺后 桥 对车 身 造成 的冲 击 ， 对车 身 起 支撑 作 用 。
元， 螺旋弹簧的 自接触也采用了同样 的接触对
单元。 选 择 Ｃ ＮＴ Ｔ１６单 元 的好处 在 于 ，它 Ｏ ＡＣ ７
可以设置螺旋弹簧 的截面大小 ，在分析过程 中，准确的模拟螺旋弹簧的接触 。
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
由图 ３ 可以看 出 ， 随着螺旋弹簧所受 的压
（） 形 图１２ｏ ）（） 形 图２３４ ） ａ变 云 （６ ３ Ｎ ｂ变 云 （０Ｎ ９